- Фонтанна експлуатація нафтових свердловин
- Значення фонтанних труб
- Фонтанна арматура для нафтових і газових свердловин
Принцип роботи і пристрій фонтанної арматури нафтової свердловини
Фонтанний спосіб експлуатації нафтових свердловин на увазі використання спеціалізованого обладнання та трубної обв'язки гирла. Це обладнання буває як наземного (гирлова арматура), так і підземного (свердловинного) типу. Далі ми розглянемо основні аспекти фонтанної експлуатації свердловин і основні види обладнання нафтових свердловин такого типу.
Фонтанна експлуатація нафтових свердловин
Головним процесом експлуатації нафтових свердловин є підйом на поверхню від забою нафтової рідини або природного газу.
Відбуватися цей процес може і під дією природної енергії (Wп), яка надходить до забою свердловини разом з рідиною або газом, і під дією енергії, яка вводиться в свердловину з поверхні (Wи).
Суміш нафтової рідини і попутного газу, після проходження по стовбуру свердловини колони, за допомогою спеціального гирлового обладнання направляється в спеціальні пристрої, які називаються сепараторами, в яких відбувається поділ рідкої нафтової складової від розчиненого в ній газу, і на вимірювальні пристрої, що визначають кількість отриманої сировини.
Після цього нафта закачується в трубопроводи промислового призначення. Щоб забезпечити просування вуглеводневої суміші з цієї трубопровідної системи, в гирлі свердловини необхідно підтримувати певне значення тиску.
У зв'язку з цим, загальна формула енергетичного балансу виглядає наступним чином:
W1 + W2 + W3 = Wп + Wи
Розшифруємо незнайомі позначення:
W1 - це енергія, яка витрачається на підйом газорідинної суміші від забою до гирла свердловини;
W2 - енергія, яка витрачається цією сумішшю в процесі руху через обладнання гирла;
W3 - енергія, яка несеться газожидкостной струменем межі свердловинного гирла.
Якщо значення Wи дорівнює нулю, то таку експлуатацію називають фонтанної. Якщо цей параметр має нульове значення, то говорять про механізованої нафтовидобутку.
Передача енергії Wи проводиться або за допомогою повітря або стисненого газу, або за допомогою насосного обладнання. Перший спосіб називають газліфтним, а другий - насосним.
Фонтанування нафтової свердловини, яке забезпечується тільки гідростатичним тиском продуктивного пласта (Рпл), на практиці при експлуатації свердловин нафтових промислів зустрічається рідко. Найчастіше разом з рідкою нафтою в продуктивному шарі присутній пластовий газ, який грає основну роль в процесі фонтанування гірничої виробки.
Це твердження вірне і для тих родовищ, на яких явно виражений водонапірний режим. Такий режим характеризується вмістом в нафти знаходиться в розчиненому стані газу, і цей газ в межах продуктивного пласта з рідини не виділяється.
Пластовий газ виконує відразу дві функції: по-перше, виштовхує нафту з пласта; а по-друге - піднімає її по трубної колоні.
Значення фонтанних труб
Навіть при однаковій кількості вмісту газу в пласті, не кожна свердловина здатна фонтанувати. Наприклад, якщо обсягу такого газу вистачає для забезпечення фонтанування в свердловині 150-міліметрового діаметра, то вже для діаметра в 200 міліметрів його може бути недостатньо.
Газонафтова суміш, яка просувається по стовбуру свердловини, виглядає як пошарове чергування нафтових і газових прошарків. Тому, чим більше діаметр експлуатаційної трубної колони, тим більша кількість газу знадобиться для підйому по ній нафтової рідини.
На практиці зустрічалися такі випадки, при яких свердловини з великими діаметрами стовбура (від 150-ти до 300 міліметрів), які були пробурені на глибину з високопродуктивними пластами, що володіють великим власним тиском, відрізнялися високим дебітом, але навіть в них фонтанування найчастіше тривало досить короткий час. Більш того, в деяких випадках свердловини, пробурені в продуктивні пласти з високими тисками, в звичайних умовах не можуть фонтанувати.
Фонтанування таких свердловин викликається за допомогою опускання в них так званих ліфтових труб, діаметр яких досить малий.
У зв'язку з цим, щоб максимально раціонально використовувати енергію розширює газу, все гірничі виробки, на яких можлива поява фонтанування, обладнають перед освоєнням ліфтовими трубами, умовні діаметри яких варіюються в межах від 60-ти до 114-ти міліметрів. По цих трубах малих діаметрів і відбувається рух газорідинної суміші в пробуреної свердловини.
Підбір діаметра підйомних (ліфтових) труб відбувається, як правило, досвідченим шляхом, і залежить від наступних чинників конкретної гірничої виробки:
- очікуваний дебіт свердловини;
- значення тиску в пласті;
- глибина буріння;
- конкретні умови експлуатації.
Ліфтові труби опускають в шахту до рівня фільтра експлуатаційної трубної колони.
В процесі фонтанування свердловини через трубну колону малого діаметра, показник газового фактора зменшується, що дає можливість продовжити часовий відрізок фонтанування. У багатьох випадках у свердловини, фонтанує по трубної колоні діаметра 73, 89 або 114 міліметрів, спочатку починався режим періодичних викидів, а потім вона зовсім зупинялася. У таких випадках тривалість фонтанування продовжували заміною цих трубних колон на фонтанні труби менших діаметрів (33, 42, 48 і 60 міліметрів).
Застосування таких малих діаметрів є досить ефективним способом збільшення тривалості фонтанування свердловин з малими показника дебіту.
Фонтанна арматура для нафтових і газових свердловин
Пробурені свердловини експлуатаційного призначення обладнуються забійній (що знаходиться в зоні нафтогазоносного пласта) і гирлової арматурою, яка розташовується на поверхні.
На фото - трубна обв'язка фонтанної арматури
Коли структура продуктивного пласта представлена гірськими породами з досить високою міцністю, як правило, застосовується так званий "відкритий" забій. У таких випадках експлуатаційну колону доводять до верхньої межі пласта, а потім сам пласт розкривають на повну потужність.
Якщо ж гірські породи, що складають продуктивний пласт, є аморфними і нестійкими, то в таких випадках забій зміцнюється обсадними трубами з додатковим зміцненням (за допомогою цементування) затрубних області. Нафтовий приплив в свердловину забезпечується за допомогою перфорації (пробивання отворів) в обсадної трубі і цементному кільці, які розташовані на продуктивному горизонті (як правило, перфорируют з розрахунку десять отворів на одному метрі).
Правила експлуатації свердловин фонтанного типу вимагають забезпечення герметичності їх гирла, організацію роз'єднання міжтрубних просторів, організацію переправлення одержуваної продукції на збірні пункти, а також забезпечення можливості (в разі виникнення такої необхідності) повністю закрити свердловину під тиском. Для виконання всіх перерахованих вище вимог на гирлі свердловини з фонтанує типу ставиться колонна головка і фонтанна арматура, обладнана маніфольди.
Взагалі обладнання будь-яких свердловин (не тільки фонтанних) має забезпечити заданий режим відбору продукції та давати можливість проводити необхідні технологічні операції по виконанню вимог з охорони надр, екології навколишнього середовища, а також максимально знижувати ризик виникнення аварійних ситуацій.
Як ми вже сказали вище, таке обладнання ділиться на два види:
- підземне (свердловинне);
- добичі (наземного розташування).
Наземним обладнанням є фонтанна арматура і трубопровідна система (маніфольд).
Фонтанна арматура ставиться на колонну головку гирла. Така арматура повинна відповідати всім вимогам ГОСТ-а номер 13846-89.
Види фонтанних арматур різняться за своїми характеристиками міцності і конструктивними особливостями, які відображаються в шифрі цього обладнання.
Фонтанна арматура складається з трубної обв'язки (головки) і так званої фонтанної ялинки, обладнаної регулюючими і запірними пристроями.
Трубна обв'язка являє собою встановлену на колонну обв'язку частина арматури, яка призначена для:
№ Корисна інформація 1 обв'язки на свердловині одного або двох трубопроводів 2 управління потоком надходить продукції і контролю за ним в междутрубном просторі
Верхній кінець свердловинного трубопроводу кріпиться за допомогою котушки-трубодержателя, яка ставиться на трубної голівці. Можливе кріплення такого трубопроводу за допомогою муфти-трубодержателя, яка закріплюється в корпусі трубної головки.
Робочий тиск такої арматури може бути 14-ть, 21-н, 35-ть, 70-ть, 105-ть і 140-к мегапаскалей. Перетин стовбура варіюється від 50-ти до 150-ти міліметрів.
Конструкція фонтанної ялинки може бути тройніковой і хресний. За критерієм кількості рядів спускаються труб арматуру ділять на одно- і дворядну. Вона може бути обладнана як засувками, так і кранами.
Фонтанна арматура повинна забезпечувати можливість заміряти тиск на верхньому ялинковому буфері, а також вимірювати температуру і тиску свердловини середовища в районі буфера бокового ялинкового відведення і на трубної голівці. Стандарти передбачають виробництво фонтанних арматур блочного типу і можливість доукомплектування (в випадку необхідності) такої арматури запобіжними автоматичними пристроями та іншим обладнанням з дистанційним управлінням.
Фонтанна ялинка встановлюється на трубну обв'язку. Її основне призначення - регулювання потоку середовища і контроль за ним в самому свердловину трубопроводі, а також перенаправлення цього потоку в систему промислових трубопроводів.
Якщо свердловина обладнується двома колонами насосно-компресорних труб (НКТ) концентричного типу (дворядний підйомник), то труби великих діаметрів підвішують за допомогою нарізного сполучення на нижній трійник або хрестовину, які повинні герметично закривати затрубний простір. Труби менших діаметрів підвішують на різьбу стовбурової котушки (провідника), які розміщуються над трійником або хрестовиною.
Типова схема пристрою фонтанної ялинки передбачає установку або одного - двох трійників (одно- або двох'ярусний тип арматури), або установку хрестовини (арматура хрестового типу).
Застосування двострунною хрестової або тройніковой ялинкової конструкції доцільно тоді, коли зупинка свердловини в процесі її експлуатації є небажаною. В якості робочої використовується або верхня, або будь-яка з бічних струн, а запірний пристрій, розташоване першим від стовбура є запасним.
Зверху на ялинку встановлюється ковпак (буфер), обладнаний манометром і триходовим краном. При необхідності провести в працюючу свердловину спуск будь-якого приладу або пристрою, замість ковпака ставлять лубрикатор.
Монтаж і демонтаж гирлової фонтанної арматури виконується за допомогою автомобільних кранів або за допомогою інших підйомних механізмів.
Запірні пристрої, що використовуються на такий арматурі, бувають трьох типів:
- корковий кран (з мастилом);
- прямоточная засувка типу ЗМ або ЗМС (з мастилом), обладнана однопластінчатим шибером;
- засувка ЗМАД, обладнана двохпластинчаста шибером.
Засувки ЗМС і ЗМАД випускають в двох модифікаціях - з ручним або з пневматичним приводом. При будь-якому способі експлуатації нафтових і газових свердловин (в тому числі - при фонтанному), підйом сировини, що видобувається на поверхню здійснюється через спеціальні насосно-компресорні труби (НКТ), які спускають в свердловину перед початком їй експлуатації.
Спуск цих труб в свердловини фонтанного типу відбувається до рівня фільтра експлуатаційної колони.
ГОСТ номер 633-80 передбачає використання НКТ наступних умовних зовнішніх діаметрів: 27-м, 33-, 42-а, 48-м, 60-т, 73-й, 89-ть, 102-а і 114-ть міліметрів. Товщина стінок таких труб по ГОСТ варіюється від трьох до семи міліметрів, а їх довжина - від п'яти до десяти метрів. НКТ виготовляються безшовними, з марок сталей, які мають високі механічні характеристиками.
Різьба на такі труби нарізається з обох кінців, щоб забезпечити надійне муфтове з'єднання. У разі необхідності НКТ виготовляють з алюмінієвого сплаву Д16. У деяких випадках застосовуються неметалеві труби з фибергласса, а також гнучкі (безрізьбові) насосно-компресорні труби, що випускаються у вигляді барабанів загальною довжиною до шести кілометрів.
3d анімація буріння нафтової свердловини
